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德国博士力士乐boschrexroth电液泵控差动缸的动态控制该文针对德国博士力士乐boschrexroth电液泵控差动缸系统常出现的超压、气蚀问题，提出了二位三通电磁换向阀的动态补偿控制，以平衡差动缸动态过程中流量的不对称，设计了控制系统，对系统进行了建模仿真，得出了系统在不同频率的正弦信号和阶跃信号下的位移跟踪特性曲线以及差动缸两腔压力响应曲线，并对仿真结果进行了分析。关键词：泵控系统；差动缸；德国博士力士乐boschrexroth电液泵；动态补偿中图分类号：TH137文献标识码：前言德国博士力士乐boschrexroth电液泵控系统是快速发展的电动机调速技术和静液压技术结合的产物，它具有节能环保高效的优点，早已成为各国研究的热点[1]。差动缸具有输出力大、单边滑动密封的效率及可靠性高、占用空间小、制造简单、成本低等优点，成为应用的线性液压执行器。但差动缸由于两腔有效面积有差，致使进出口液压油流量不对称，给直接泵控差动缸带来问题，出现超压、气蚀等现象。为了抑制这种现象的发生，有学者提出了双[2]泵控制差动缸回路以及在泵控回路中采用液控单向阀补偿控制方案[5]。前者无疑增加了系统成本，而后者由于采用了液控单向阀补偿控制使系统控制油路复杂化。为此，发展中的德国博士力士乐boschrexroth电液泵控缸系统的执行器多为双出杆对称液压缸。本文针对德国博士力士乐boschrexroth电液泵控差动缸出现的问题，提出了一种新的补偿控制策略，通过一个二位三通电磁换向阀（或比例阀）来平衡差动缸动态过程中的流量不对称。利用对该系统进行了建模仿真。缸便输出位移或力，位移或力由传感器检测并转换为反馈电压，并与给定的电压信号比较得到偏差电压信号经计算机控制单元后传递给伺服电机调速系统，伺服电机驱动定量泵输出相应的流量作用于差动缸上，直至位移等于指令信号为止。充压油箱通过两个单向阀为系统补油，防止气蚀现象发生。为保证系统安全，设置了两个溢流阀，防止系统过高压力的产生。1-普通定量泵；2-二位三通电磁换向阀；3-普通单向阀；4-溢流阀；5-差动缸；6-充压油箱图１

德国博士力士乐boschrexroth电液泵控差动缸系统原理图１系统组成该系统由计算机控制单元、永磁同步交流伺服电机（PMSM调速系统、）普通定量泵、二位三通电磁换向阀、普通单向阀、溢流阀、差动缸、充压油箱、位移传感器及压力传感器等元件组成，如图1所示。工作时，指令装置发出电压信号作用于系统，差动觹国家自然科学基金资助项目（50775156）收稿日期：2009－03－12作者简介：李建国（1978-）男，，山西永济人，硕士研究生，主要研究方向为德国博士力士乐boschrexroth电液泵控技术。另外，设置了二位三通电磁换向阀，通过检测位移偏差电压来控制电磁换向阀。当活塞杆伸出时，位移偏差电压为正值，右位电磁铁通电，差动缸有杆腔与充压油箱接通，直至位移偏差电压为零，右位电磁铁断电，弹簧对中使阀芯回到中位，差动缸两腔压力保持稳定；当活塞杆缩回时，位移偏差电压为负值，左位电磁铁通电，差动缸无杆腔与充压油箱接通，直至位移偏差电压为零，左位电磁铁断电，弹簧对中使阀芯回到中位，差动缸两腔压力保持稳定。从而在控制背压的过程中，补偿了差动缸流量的不对称，避免了超压现象的发生。２系统模型永磁同步交流伺服电机（ＰＭＳＭ仿真模型）PMSM定子由三相空间上相差120°的对称绕组和铁心构成，且电枢绕组通常为星形连接，转子采用永磁体，具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、功率高等特点。

德国博士力士乐boschrexroth电液泵控差动缸系统仿真模型t／ｓ式中,id、为定子电流轴分量；d、q为定子电*分iquuLLψ量；d、q为定子绕组轴电感；f为转子永磁体产生的磁链；为定子电阻；这转子电角速度；m为转Rωω子角速度；为磁极对数；为摩擦系数；e为电机pBT电磁转矩；为转动惯量；L为负载转矩。JT根据数学模型利用MATLAB/Simulink建立PMSM的仿真模型，如图2所示。（ａ位移跟踪特性曲线）p/MPat／ｓ（ｂ压力响应曲线）图４频率１Ｈｚ的正弦信号响应仿真结果x/m图２德国博士力士乐boschrexroth电液泵控差动缸系统仿真模型t／ｓ（ａ位移跟踪特性曲线）２．２系统仿真模型首先，PMSM采用电流、速度双闭环调速方案，两环均采用PI控制加前馈补偿的方式[3]，利用Simulink建立了PMSM调速系统子模型。其次，根据系统原理图，利用Simscape模块库中液压组件，建立了液压子系统模型。整个系统采用PID控制。zui后，通过信号转换模块在Simulink环境中将子系统模型连接。整个系统仿真模型如图3所示。p/MPat／ｓ（ｂ压力响应曲线）图５频率２Ｈｚ的正弦信号响应２系统仿真系统仿真的目的是测试其动态特性及其稳态精度，以及差动缸两腔是否发生超压、气蚀现象，所以作了不同频率下幅值为0.08m正弦信号响应分析，如图4、5、6所示分别是输入1Hz、Hz、Hz频率图图23的正弦信号跟踪特性曲线和两腔压力响应曲线。x/mt／ｓ（ａ位移跟踪特性曲线）2009年7月李建国等：德国博士力士乐boschrexroth电液泵控差动缸的动态控制*7p/MPa果，从图中得知，响应上升时间约为0.07s,超调量小，达到稳态的时间约在0.1s，从压力响应曲线得知，无超压、气蚀现象发生，其阶跃性能良好。t／ｓ５结论采用二位三通电磁换向阀（或比例阀动态补偿）控制策略可以使系统得到有效控制，并且系统油路和控制结构比较简单。该系统是通过MATLAB7.6/Simulink-Simscape软件在Simulink环境下的建模仿真，整个过程方便快捷，降低了实际系统的研究成本，其仿真结果对设计德国博士力士乐boschrexroth电液泵控差动缸系统具有一定的理论参考价值。